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熱流体力学

熱流体力学. 2009 年 6 月 25 日. 第 11 回 担当教員：　 北川輝彦. 4.8 　サイクルの熱効率. p. C. B. A. D. v. 任意の ACBD の閉曲線で 囲まれたサイクルについて考える　⇒　 p-v 線図. 4.8 　サイクルの熱効率. 4.8.2 　サイクルの紹介と熱効率の計算 1 ）カルノーサイクル 2 ）オットーサイクル ⇒ディーゼルサイクルの説明 3) 冷凍機の成績係数. 4.8 　サイクルの熱効率. 4.8.2 　サイクルの紹介と熱効率の計算 1 ）カルノーサイクル 2 ）オットーサイクル

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Presentation Transcript

  1. 熱流体力学 2009年6月25日 第11回 担当教員：　北川輝彦

  2. 4.8　サイクルの熱効率 p C B A D v 任意のACBDの閉曲線で 囲まれたサイクルについて考える　⇒　p-v線図

  3. 4.8　サイクルの熱効率 4.8.2　サイクルの紹介と熱効率の計算 1）カルノーサイクル 2）オットーサイクル ⇒ディーゼルサイクルの説明 3)冷凍機の成績係数

  4. 4.8　サイクルの熱効率 4.8.2　サイクルの紹介と熱効率の計算 1）カルノーサイクル 2）オットーサイクル ディーゼルサイクルの説明 3)冷凍機の成績係数

  5. 4.8　サイクルの熱効率 ２)　オットーサイクル ガソリンエンジンに使用

  6. 4.8　サイクルの熱効率 オットーサイクル：以下の閉曲線で表され、 それぞれの行程における現象は… A→B：吸入 B→C：圧縮 C→D：爆発 D→E：膨張 E→B：排気 B→A：排気 p D E Q1 爆発 正味仕事W Q2 C 排気 A B v

  7. 4.8　サイクルの熱効率 ２)　オットーサイクル ガソリンエンジンの図解 ヤンマー株式会社HPより

  8. 4.8　サイクルの熱効率 オットーサイクル：状態変化で見ると 等積変化，等圧変化と断熱変化で構成 A→B：等圧膨張 B→C：断熱圧縮 C→D：等積加圧 D→E：断熱膨張 E→B：等積減圧 B→A：等圧圧縮 p D E Q1 爆発 正味仕事W Q2 C 排気 A B v

  9. 4.8　サイクルの熱効率 オットーサイクルの熱効率 ピストンの位置によってシリンダ内部の体積が変化 p D 点B，E…体積最小 ⇒下死点 (BDC: Bottom Dead Center) E C 点C，D…体積最大 ⇒上死点 (TDC: Top Dead Center) A B BDC TDC v

  10. 4.8　サイクルの熱効率 オットーサイクルの熱効率 ピストンの位置によってシリンダ内部の体積が変化 p D 下死点と上死点間の容積比： 圧縮比ε (compression ratio) と定義 E C A ε = VB / VC = VE / VD B BDC TDC v

  11. 4.8　サイクルの熱効率 オットーサイクルの熱効率 圧縮比ε，気体の比熱比κを用いて熱効率ηを定義 p D E 1 η = 1 - εκ-1 C A 実際のガソリン機関の熱効率は 0.30 < η < 0.45程度 B BDC TDC v

  12. 4.8　サイクルの熱効率 ２)　ディーゼルサイクル ディーゼルエンジンに使用 但し、 低速時：ディーゼルサイクル 高速時：サバテサイクル(複合サイクル)

  13. 4.8　サイクルの熱効率 ディーゼルサイクル：状態変化で見ると 等積変化，等圧変化と断熱変化で構成 A→B：吸入 B→C：圧縮 C→D：爆発 D→E：膨張 E→B：排気 B→A：排気 C D p 爆発 E 正味仕事W 排気 A B v

  14. 4.8　サイクルの熱効率 ２)　ディーゼルサイクル (サバテサイクル) ディーゼルエンジンに使用 ヤンマー株式会社HPより

  15. 4.8　サイクルの熱効率 ディーゼルサイクル：状態変化で見ると 等積変化，等圧変化と断熱変化で構成 Q1 C D p 爆発 A→B：等圧膨張 B→C：断熱圧縮 C→D：等圧膨張 D→E：断熱膨張 E→B：等積減圧 B→A：等圧圧縮 E 正味仕事W Q2 排気 A B v

  16. 4.8　各サイクルの長所、短所 オットーサイクル(ガソリンエンジン)：点火時の炎の伝播速度によりシリンダの直径(ボア)や長さに限界。 圧縮比が同じであれば熱効率が高い(低排気量に向く) ディーゼルサイクル： 圧縮する機構ができれば限界が無く、圧縮比を大きくできる。 構造が単純。 高強度、高剛性が求められる(重量増加)

  17. 4.8　サイクルの熱効率 4.8.2　サイクルの紹介と熱効率の計算 1）カルノーサイクル 2）オットーサイクル ディーゼルサイクルの説明 3)冷凍機の成績係数

  18. 4.8　サイクルの熱効率 3)冷凍機の成績係数 冷凍機：低温側の熱量を化学反応などの仕事を用いて 汲み上げ、高温側に熱量を捨てるシステム 冷蔵庫など Q1> Q2 T1> T2 Q1 Q２ T2 T1

  19. 4.8　サイクルの熱効率 4.8.1　サイクルの熱効率の定義 p p = f1(V) Q1 C B 正味仕事W p = f2(V) Q2 A D v Q1：外部から供給される全熱量(入熱) Q2：系から排出される全熱量(出熱) W：正味仕事(系に残留するエネルギ) とそれぞれ定義

  20. 4.8　サイクルの熱効率 4.8.23)冷凍機の成績係数 p p = f1(V) Q1 C B 正味仕事W p = f2(V) Q2 A D v 冷凍機では低温側の熱量Q2を汲み上げ、 高温側に熱量Q1を捨てる

  21. 4.8　サイクルの熱効率 サイクルの成績係数(COP: coefficient of performance)の定義 成績係数：COPは以下のように定義 COP = 低温側から汲み上げた熱量 サイクルに使用された仕事量 = Q2/ W= Q2/ (Q1- Q2 )

  22. 4.8　サイクルの熱効率 サイクルの成績係数(COP: coefficient of performance)の定義 成績係数：COPは以下のように定義 COP = 低温側から汲み上げた熱量 サイクルに使用された仕事量 = Q2/ W= Q2/ (Q1- Q2 ) 但し、高温側ABから低温側にQ1を生成することを目的とした熱ポンプは分子にQ2ではなくQ1を用いることに注意。

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